分段取热型复叠式热泵制造技术

本发明专利技术提供了分段取热型复叠式热泵，属于余热利用与热泵／制冷技术领域。针对单段取热型复叠式机组在热用户需求温度范围宽、终了温度高等情况下性能指数低的缺陷，它提供了分段取热的复叠式机组。或是由蒸发器、压缩机、复合冷凝－蒸发器和节流阀组成并采用第一工质的低温级热泵流程同时满足高温级热需求和热用户低温段加热，再由压缩机、冷凝器、复合冷凝－蒸发器和节流阀组成并采用第二工质的高温级热泵流程以满足用户高温段加热，或是增加冷凝器、节流阀与复叠式机组的相关部件构成新的热泵流程；余热介质流经蒸发器放热，被加热介质自各温级取热。本发明专利技术减小传热温差，提高性能指数，特别适合于供热温度高、范围宽的场合，用于制冷可降低功耗。

【技术实现步骤摘要】

属于余热利用与热泵/制冷

技术介绍
复叠式热泵是由两个或两个以上单独的热泵系统复叠而成，其各单独的热泵系统构成不同的温级并分别采用不同的工质。传统的复叠式机组，其低温级负责获取余热并向高温级供热，而由高温级负责向被加热介质提供热量，为单段取热型机组。 当被加热介质需要由较低的温度加热到较高的温度时，单段取热型复叠式机组必然存在着这样的缺陷被加热介质所有温度段的加热都由最高温级工质的冷却、冷凝放热来满足，即被加热介质的低温段取热也要由机组的最高供热来完成，这必然使得机组传热温差大，导致了机组性能指数的降低。随着供热温度的提高，机组的性能指数将进一步降低。 对用于制冷的机组来说，其向环境的放热由冷却介质(被加热介质)带走，若把制冷机耗功和制冷负荷形成的热量全部提升到冷却介质的最高温度之上、然后再传递到冷却介质，这同样是不合理的。由于受到环境温度的限制，冷却介质的进入机组时的初温不能随意降低，为了使机组的性能指数不能过低，现行解决此缺陷的措施是降低冷却介质进、出机组的温度变化，但该措施带来了冷却介质流量大、辅助系统耗能高的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是要提供一种可减小机组冷却、冷凝过程的传热温差，具有供热范围宽、供热温度高和较高性能指数的分段取热型复叠式机组，分为变冷凝-蒸发器为复合冷凝-蒸发器和增加冷凝器、节流阀与复叠式机组相关部件构成新的供热热泵流程两种基本类型；在变冷凝-蒸发器为复合冷凝-蒸发器的方案中，低温级的压缩机、复合冷凝-蒸发器、蒸发器、节流阀等组成性能指数高、供热温度低的第一取热段热泵流程与结构，高温级的压缩机、冷凝器、节流阀和复合冷凝-蒸发器等部件组成性能指数低、供热温度高的第二取热段热泵流程与结构，以此类推得到第三及其以上取热段的热泵流程与结构；在增加冷凝器、节流阀与复叠式机组相关部件构成新的供热热泵流程的方案中，低温级的压缩机、新增冷凝器和节流阀、蒸发器等组成性能指数高、供热温度低的第一取热段热泵流程与结构，高温级的压缩机、冷凝器、节流阀和冷凝-蒸发器等部件组成性能指数低、供热温度高的第二取热段的热泵流程与结构，以此类推得到第三及其以上取热段的热泵流程与结构；低温级的热泵流程用于满足用户的低温段用热需求和向高温级的热泵流程提供热需求，高温级的热泵流程完成用户的高温段用热需求；外部功通过压缩机输入机组，余热介质流经蒸发器放热，被加热介质分别或依次在低温级和高温级中得热。 比较常规的单段取热型复叠式热泵/制冷机，本专利技术的分段取热型复叠式热泵/制冷机在保留了复叠式机组优点的前提下，能够较大程度地降低工质传热过程中的温差，从而提高了机组的性能指数；同时，与常规的单段取热型复叠式热泵/制冷机相比，本专利技术主要是变单一型的冷凝-蒸发器为复合型的冷凝-蒸发器，或是增加了相应的冷凝器，因此机组在结构上和造价上的改变并不大。 以采用两温级流程的两段取热型复叠式热泵机组为例，如图1所示，变冷凝-蒸发器为复合冷凝-蒸发器方案的本专利技术，其目的是这样实现的 ①在结构上，低温级的压缩机、复合冷凝-蒸发器、蒸发器和节流阀等基本部件组成低温级热泵流程与结构——压缩机与复合冷凝-蒸发器之间通过第一工质工作蒸汽通道相连，复合冷凝-蒸发器再经节流阀连通蒸发器，蒸发器还有第一工质工作蒸汽通道连通压缩机，蒸发器还有管道连通余热介质，复合冷凝-蒸发器还有管道连通被加热介质；高温级的压缩机、冷凝器、节流阀和复合冷凝-蒸发器等基本部件构成高温级的热泵流程与结构——高温级的压缩机与冷凝器之间通过第二工质工作蒸汽通道相连，冷凝器还经节流阀连通复合冷凝-蒸发器后再经第二工质工作蒸汽通道连通压缩机，冷凝器还有管道连通被加热介质；冷凝器与复合冷凝-蒸发器之间还有被加热介质通道相连，低温级热泵流程和高温级热泵流程依次或分别完成对被加热介质的低温段与高温段加热从而实现两段取热。 ②在流程上，采用第一工质的低温级热泵流程是这样进行的来自复合冷凝-蒸发器的第一工质冷凝液经节流阀节流降压、降温后进入蒸发器、得到余热介质传给的热蒸发成冷剂蒸汽进入低温级的压缩机、在外部输入功的压缩下升压、升温后进入复合冷凝-蒸发器，进入复合冷凝-蒸发器的过热工作蒸汽放热于流经其内的被加热介质和第二工质后冷却、冷凝后重新成为液体；采用第二工质的高温级热泵流程是这样进行的来自冷凝器的第二工质冷凝液经节流阀节流降压、降温后进入复合冷凝-蒸发器吸热成蒸汽后再进入高温级的压缩机，在外部输入功的压缩下升压、升温后进入冷凝器，进入冷凝器的过热工作蒸汽放热于流经其内的被加热介质后冷却、冷凝重新成为液体；外部功通过压缩机输入热泵系统，余热介质流经蒸发器放热，被加热介质分别或依次在复合冷凝-蒸发器和冷凝中得热。 本专利技术的特征在于低温级热泵流程在满足高温级热泵流程热需求的同时完成被加热介质低温段的用热需求，高温级热泵流程向被加热介质提供高温段用热。 以采用两温级流程两段取热型复叠式热泵机组为例，如图2所示，采用增加冷凝器、节流阀与复叠式机组相关部件构成新的供热热泵流程方案的两段取热型复叠式热泵，它是这样实现本专利技术的 ①在结构上，低温级的压缩机、新增的冷凝器和节流阀、蒸发器等基本部件组成低温级热泵流程与结构——压缩机通过第一工质工作蒸汽通道连通新增冷凝器，新增冷凝器再经新增节流阀连通蒸发器，蒸发器还有第一工质工作蒸汽通道连通压缩机，蒸发器还有管道连通余热介质，新增冷凝器还有管道连通被加热介质；高温级的压缩机、冷凝器、节流阀和冷凝-蒸发器等基本部件构成高温级热泵流程与结构——压缩机与冷凝器之间通过第二工质工作蒸汽通道相连，冷凝器再经节流阀连通冷凝-蒸发器，冷凝-蒸发器还有第二工质工作蒸汽通道连通压缩机，冷凝器还有管道连通被加热介质；压缩机、冷凝-蒸发器、节流阀和蒸发器等基本部件组成复叠流程的低温级部分；冷凝-蒸发器还有管道并经节流阀连通低温级的蒸发器和有第一工质蒸汽通道连通低温级的压缩机，以实现低温级和高温级流程间的复叠。 ②在流程上，来自新增冷凝器的第一工质冷凝液经新增节流阀节流降压、降温后进入蒸发器、得到余热介质传给的热蒸发成冷剂蒸汽进入低温级的压缩机、在外部输入功的压缩下升压、升温后分别进入新增冷凝器和冷凝-蒸发器，进入新增冷凝器的过热工作蒸汽放热于流经其内的被加热介质后冷却、冷凝重新成为液体，进入冷凝-蒸发器的第一工质工作蒸汽放热于流经其内的第二工质后冷却、冷凝成液体然后再经节流阀回到蒸发器；进入冷凝-蒸发器内的第二工质吸热成蒸汽后进入高温级的压缩机、在外部输入功的压缩下升压、升温后进入冷凝器，进入冷凝器的工作蒸汽放热于流经其内的被加热介质后成为液体、再经节流阀节流降压、降温后回到冷凝-蒸发器；余热介质流经蒸发器放热，外部功通过低温级的压缩机和高温级的压缩机输入热泵系统，被加热介质依次在新增冷凝器和冷凝器内得热。 本专利技术的特征在于新增冷凝器和节流阀与低温级的压缩机、蒸发器组成新的低温级热泵流程来完成被加热介质提供低温段的用热需求，由低温级和高温级组成的复叠热泵流程向被加热介质提供高温段供热。 附图说明 图1是依据本专利技术所提供的，采用变冷凝-蒸发器为复合冷凝-蒸发器方案的两段取热型复叠式热泵的结构和流程示意图。 图2是依据本本文档来自技高网...

【技术保护点】
分段取热型复叠式热泵，其特征是机组的低温级流程同时满足高温级流程的热需求和被加热介质低温段的用热需求并由高温级流程完成被加热介质的高温段用热需求，分为变冷凝－蒸发器为复合冷凝－蒸发器和新增冷凝器、节流阀与复叠式机组的相关部件构成新的热泵流程两种基本类型；在变冷凝－蒸发器为复合冷凝－蒸发器的分段取热型复叠式热泵中，压缩机（１）通过第一工质工作蒸汽通道连通复合冷凝－蒸发器（４），复合冷凝－蒸发器（４）再经节流阀（７）连通蒸发器（５），蒸发器（５）还有第一工质工作蒸汽通道连通压缩机（１），蒸发器（５）还有管道连通余热介质，复合冷凝－蒸发器（４）还有管道连通被加热介质，压缩机（２）还有第二工质蒸汽管道连通冷凝器（３），冷凝器（３）还有管道经节流阀（６）连通复合冷凝－蒸发器（４）后再经第二工质工作蒸汽管道连通压缩机（２），冷凝器（３）还有管道连通被加热介质，压缩机（１）、复合冷凝－蒸发器（４）、节流阀（７）和蒸发器（５）等基本部件组成低温级热泵流程与结构，压缩机（２）、冷凝器（３）、节流阀（６）和复合冷凝－蒸发器（４）等基本部件构成高温级热泵流程与结构，以此类推得到其它温度段的热泵结构与流程；在新增冷凝器、节流阀与复叠式机组的相关部件构成新的热泵流程的分段取热型复叠式热泵中，压缩机（１）通过第一工质工作蒸汽通道连通冷凝器（４Ｂ），冷凝器（４Ｂ）再经节流阀（７Ａ）连通蒸发器（５），蒸发器（５）还有第一工质工作蒸汽通道连通压缩机（１），蒸发器（５）还有管道连通余热介质，冷凝器（４Ｂ）还有管道连通被加热介质，压缩机（２）通过第二工质工作蒸汽通道与冷凝器（３）相连，冷凝器（３）再经节流阀（６）连通冷凝－蒸发器（４Ａ）后再经第二工质工作蒸汽通道连通压缩机（２），冷凝－蒸发器（４Ａ）还有管道并经节流阀（７）连通蒸发器（５）和有第一工质蒸汽通道连通压缩机（１），冷凝器（３）还有管道连通被加热介质，压缩机（１）、冷凝器（４Ｂ）、节流阀（７Ａ）和蒸发器（５）等基本部件组成低温级热泵流程与结构，压缩机（１）、冷凝－蒸发器（４Ａ）、节流阀（７）和蒸发器（５）等基本部件组成复叠流程的低温级部分，压缩机（２）、冷凝器（３）、节流阀（６）和冷凝－蒸发器（４Ａ）等基本部件构成高温级热泵流程与结构，同理得到其它温度段的热泵结构与流程；在两种基本结构形式基础上可得到其它具体结构形式的分段取热型复叠式热泵；该专利技术减小了机组传热过程的温差，提高了机组的性能指...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李华玉，
申请(专利权)人：李华玉，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]